JP2017163259A

JP2017163259A - 割当管理装置、割当管理方法及びプログラム

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Publication number: JP2017163259A
Application number: JP2016044445A
Authority: JP
Inventors: 達也菊月; Tatsuya Kikuzuki; 周平大迫; Shuhei Osako
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2016-03-08
Filing date: 2016-03-08
Publication date: 2017-09-14
Anticipated expiration: 2036-03-08
Also published as: US20170265188A1; JP6555158B2; US10070439B2

Abstract

【課題】無線通信装置に収容可能な無線端末数を増加可能とする。【解決手段】割当管理装置は、要求に応じて複数の通信周期の一つで所定数のタイムスロットを通信装置に割り当てる場合に階層構造を参照し、要求された通信周期に対応する階層で管理されているグループに関して、所定数のタイムスロットの割り当てによって使用状況が使用済みに変更される関連フレームを特定し、使用状況が使用済みに変更される関連フレームのタイムスロットの数が少ないグループに属するフレームを通信装置に割り当てることを決定する。【選択図】図８

Description

本発明は、割当管理装置、割当管理方法及びプログラムに関する。

ＩｏＴ（Internet of Things）の分野では、Machine to Machine（Ｍ２Ｍ）を用いた物品管理やBody Area Networks（BAN）を用いたヘルスケアなどの様々な分野での発展が期
待されている。

ＩｏＴで使用される可能性を有する通信方式の一つに、時分割多元接続（ＴＤＭＡ（Time Division Multiple Access））がある。例えば、ＴＤＭＡを用いて、無線基地局（Ｈ
ｕｂ（ハブ）と呼ばれる）が複数の無線端末（Ｎｏｄｅ（ノード）と呼ばれる）と無線通信を行うネットワークがある。以下の説明で、無線基地局は単に「基地局」と表記し、無線端末は、単に「端末」と表記する。

ＴＤＭＡでは、時間がフレームと呼ばれる所定時間長の単位で区切られ、フレームは、さらに所定長の単位時間（タイムスロットと呼ばれる）に分割される。基地局は、タイムスロットを各端末に割り当てる。各端末は自身に割り当てられたタイムスロットを用いて基地局に情報を送信する。これによって、端末間で同一の周波数帯が使用される場合でも、混信なく各端末が基地局へ情報を送信することができる。

基地局は、フレーム及びタイムスロットを管理し、各端末からの接続要求に応じて、空き状態のタイムスロット（空きスロット）の検索を行い、タイムスロットの割り当てを行う。このとき、端末が通信での使用を所望する帯域は、端末が使用を所望するタイムスロットの数で表現される。

基地局は、空きスロットの割り当てに際して、端末が使用を所望する通信周期や帯域（タイムスロット数）が同じであれば、任意の空きスロットを各端末に割り当て得る。通信周期は、例えば、端末の情報の送信周期である。

特開２００８−１８７４６３号公報特開２００８−２７１３７６号公報特表２００５−５２８０１４号公報特開２００２−１５２１２４号公報

端末に対する空きスロットの割り当てにおいて、効率的なタイムスロット割り当てによって、基地局と接続される端末の数を増加させることが考えられる。しかし、現状、端末間で通信周期や使用帯域（使用を要求するタイムスロットの数）が異なる場合において、タイムスロットを効率的に端末に割り当てるための指標がなかった。

本発明は、通信装置の接続数を増加し得るタイムスロットの割当を可能とする割当管理装置、及び割当管理方法及びプログラムを提供することを目的とする。

一つの態様では、割当管理装置は、時間が所定長のフレームで区切られ、各フレームが所定長の複数のタイムスロットに分割され、複数の通信周期のいずれかに対応するフレーム中のタイムスロットを通信装置の通信用に割り当てる。

割当管理装置は、複数のフレームを以下の階層構造で管理する管理部を含む。
（i）整数ｋの累乗である複数の通信周期に対応する階層を有する。
（ii）各階層において、階層に対応する通信周期に従って前記複数のフレームから選択し得る１以上のフレームがグループ化され、各グループ中の一のフレームが管理され、前記一のフレーム中のタイムスロットの使用状況が管理される。
（iii）或る階層において管理されているフレームが、前記或る階層以外の階層でも
管理されている場合、及び前記或る階層において管理されているフレームに属するグループに属するフレームが前記或る階層以外の階層にて管理されている場合に、前記或る階層以外の階層で管理されているフレームが関連フレームとして前記或る階層のフレームと関連づけられている。

割当管理装置は、要求に応じて前記複数の通信周期の一つで所定数のタイムスロットを通信装置に割り当てる場合に前記階層構造を参照し、前記要求された通信周期に対応する階層で管理されているグループに関して、前記所定数のタイムスロットの割り当てによって使用状況が使用済みに変更される前記関連フレームを特定し、前記使用状況が使用済みに変更される前記関連フレームのタイムスロットの数が少ないグループに属するフレームを前記通信装置に割り当てることを決定する割当部を含む。

一側面では、通信装置の接続数を増加し得るタイムスロットの割り当てが可能となる。

図１は、実施形態に係る無線ネットワークシステムの一例を示す。図２は、実施形態に係るタイムスロットの割り当て状況の管理方法の説明図である。図３は、実施形態に係る階層構造を用いたタイムスロットの割り当て方法の説明図である。図４は、実施形態に係る階層構造を用いたタイムスロットの割り当て方法の説明図である。図５は、実施形態に係る階層構造を用いたタイムスロットの割り当て方法の説明図である。図６は、実施形態に係る階層構造を用いたタイムスロットの割り当て方法の説明図である。図７は、実施形態に係る階層構造を用いたタイムスロットの割り当て方法の説明図である。図８は、実施形態に係る階層構造を用いたタイムスロットの割り当て方法の説明図である。図９は、実施形態に係る階層構造を用いたタイムスロットの割り当て方法の説明図である。図１０は、実施形態に係る階層構造を用いたタイムスロットの割り当て方法の説明図である。図１１は、実施形態に係る階層構造を用いたタイムスロットの割り当て方法の説明図である。図１２は、実施形態に係る階層構造を用いたタイムスロットの割り当て方法の説明図である。図１３は、実施形態に係る階層構造を用いたタイムスロットの割り当て方法の説明図である。図１４は、実施形態に係る階層構造を用いたタイムスロットの割り当て方法の説明図である。図１５は、実施形態に係る階層構造を用いたタイムスロットの割り当て方法の説明図である。図１６は、比較例の説明図である。図１７は、実施形態と比較例との比較に係るシミュレーション結果を示す。図１８は、基地局として使用可能な無線通信装置のハードウェア構成例を示す図である。図１９は、基地局として動作する無線通信装置が有する機能を模式的に示す。図２０は、帯域管理部が管理する階層構造の構成例を示す。図２１は、帯域検索・割当判定部の処理例を示すフローチャートである。

以下、図面を参照して、パケット伝送装置，制御装置，及びパケット伝送制御方法の実施形態について説明する。実施形態の構成は例示であり、実施形態の構成に限定されない。

＜ネットワーク構成＞
図１は、実施形態に係る無線ネットワークシステムの一例を示す。図１において、無線ネットワークシステムは、無線基地局（以下、「基地局」と表記）１と、複数の無線端末（以下、「端末」と表記）２とを含む。基地局１は「無線通信装置」の一例であり、端末２は「端末」、「通信装置」の一例である。

各端末２は、ＴＤＭＡによって、基地局１から割り当てられたタイムスロットを用いて基地局１へ情報を送信する（無線通信を行う）。図１に示すように、ＴＤＭＡでは、時間（無線チャネル）が所定時間長を有するフレーム５に区切られる。フレーム５は、さらに固定の時間長を有する複数のタイムスロット（ＴＳ）６に分割される。

実施形態が適用される無線通信規格は、例えばIEEE0802.15.4，或いはIEEE0802.15.6である。但し、無線通信規格は、これらに限定されない。これらの規格において、フレーム５は、SuperFrame（ＳＦ）と呼ばれる。但し、以下の説明では、「フレーム」又は「ＳＦ」の表記を用いる。図１の例では、１つのフレーム５は、４つのタイムスロット６で形成されている。但し、１フレームを形成するタイムスロットの数は適宜設定可能である。割り当てられるタイムスロット６の数に応じて、端末２に割り当てる帯域が決まる。

各端末２は、基地局１に対して、通信周期及び帯域を指定した接続要求（帯域（タイムスロット）の割当要求）を送信する。通信周期は、端末２が情報を送信する周期を示し、端末２から情報を送信するフレーム５の間隔で表現される。帯域は、割り当てを所望するタイムスロット６の数を示す。例えば、通信周期が「２ＳＦ」であれば、２フレーム毎に端末２が情報送信（通信）を行うことを示し、通信周期に合致するフレーム５中のタイムスロット６が端末２に割り当てられる。また、帯域が「１スロット」であれば、１フレームから１つのタイムスロット６が割り当てられる。

図１に示す例では、各端末２（端末（１）〜（３））は、「２ＳＦ」及び「１スロット」を要求している。基地局１は、端末（１）に関して、２フレーム毎（フレーム番号０，２，４，６，・・・）に、１つのタイムスロットを割り当てている。各フレームにおける左から１番目のタイムスロット６が端末（１）に割り当てられている。

基地局１は、端末（２）に関して、２フレーム毎（フレーム番号０，２，４，６，・・・）に、１つのタイムスロットを割り当てている。各フレーム５における左から２番目のタイムスロット６が端末（２）に割り当てられている。また、基地局１は、端末（３）に関して、２フレーム毎（フレーム番号０，２，４，６，・・・）に、１つのタイムスロットを割り当てている。各フレーム５における左から３番目のタイムスロット６が端末（３）に割り当てられている。

なお、図１の例では、フレーム番号“０”〜“７”が付与された８つのフレーム５を１セットとし、１セットが繰り返される。すなわち、フレーム番号“７”の次はフレーム番号“０”となる。フレーム番号は、１セット中のオフセット位置を示す情報として使用される。

図２は、実施形態に係るタイムスロットの割り当て状況の管理方法の説明図である。図２の上段には、実施形態で使用される複数のフレームの説明図が図示されている。図２の下段には、実施形態において管理されるフレームの階層構造の例が図示されている。階層構造は、各通信周期に対応する端末へのタイムスロットの割り当て状況を管理するために使用される。

実施形態では、通信周期をｋ＾ｌ（ｋの累乗）として、通信周期と使用するＳＦが同一の帯域割当てについてグループ化する。ｋ及びｌは整数である。もっとも、ｋの値として２以上の整数が適用されるのが好ましい。

実施形態では、「帯域管理」として、指数ｌの数（すなわち、通信周期の数）を階層として各グループが管理される。また、帯域管理として、ｌ−１の階層とｌの階層との間について、使用する帯域が重複しているグループが紐付けされ帯域が管理される。また、実施形態では、「帯域登録」として、使用されている通信周期及び帯域と、同グループと紐付けされているグループの対応する帯域をＯＲ条件で「使用済み」として帯域を登録する。そして、実施形態では、「帯域割当」として、「使用済み」として登録する帯域が少ない帯域を配下端末に対して割り当てる。

複数のフレームに関して、以下のような階層構造が管理される。
（i）整数ｋの累乗（ｋ＾ｌ）である複数の通信周期に対応する階層を有する。
（ii）各階層において、階層に対応する通信周期に従って前記複数のフレームから選択し得る１以上のフレームがグループ化され、各グループ中の一のフレーム（例えばグループ内の先頭のフレーム）が管理され、前記一のフレーム中のタイムスロットの使用状況が管理される。
（iii）或る階層において管理されているフレームが、或る階層以外の階層でも管理され
ている、及び或る階層において管理されているフレームに属するグループに属するフレームが或る階層以外の階層にて管理されている場合、以下がなされる。すなわち、前記或る階層以外の階層で管理されているフレームが関連フレームとして前記或る階層のフレームと関連づけられる。

具体的に説明する。実施形態では、端末２の通信周期がｋのｌ乗（ｋの累乗：ｋ＾ｌ）に規定される。実施形態では、ｋ＝２，ｌ＝３（ｌ＝０，１，２，３）である例について説明する。この例では、端末２に適用可能な複数の通信周期は、２^０（＝１），２^１（＝２），２²（＝４），及び２^３（＝８）の４つであり、これらの通信周期の何れかが端末
２からの要求に応じて設定される。

図２の上段に示すように、実施形態では、通信周期の最大値は、２^３＝８[ＳＦ]である
。複数のフレームの１セットは、通信周期の最大値に基づき規定することができる。例えば、最大値が８ＳＦである場合には、フレーム番号“０”〜“７”が付与された８つのフレームを１セットと規定することができる。そして、複数のフレーム５は、１セットのフレームの繰り返しと定義することができる。１セットのフレーム５は、「複数のフレーム」の一例である。

例えば、通信周期の最大値が２＾４＝１６である場合、１セットは、フレーム番号“０”〜“１５”のフレーム５として規定することができる。最大値が２＾２＝４である場合、１セットは、フレーム番号“０”〜“３”のフレーム５として規定することができる。但し、１セットを形成するフレーム５の数が、通信周期の最大値（最大周期）より大きい場合もあり得る。

階層構造の階層数は、とり得る通信周期の数（０，１，２，３）に対応する数（図２の例では４層）となる。各階層は、対応する通信周期に従ったタイムスロットの選択パターン毎に形成されるグループに属するフレーム５のうち、先頭の（オフセットの）フレーム５が設定される。各階層に設定されるフレーム５は、タイムスロットに応じたフラグ領域を有し、「未使用」と「使用済み」との一方を示す情報（フラグ）が設定される。これによって、タイムスロットの使用状況が管理される。

各選択パターンによって選択されるフレームは、「階層に対応する通信周期に従って前記複数のフレームから選択し得る１以上のフレーム」の一例であり、先頭のフレームは、「グループ中の一のフレーム」の一例である。一のフレームとして、先頭（オフセット）以外のフレームが適用される場合もあり得る。例えば、オフセットが階層構造と別個に管理される場合、各階層のフレームとして、オフセット以外のフレームを適用できる。

例えば、通信周期２^１ＳＦ（ｌ＝１）の場合、通信周期＝２に従って、１セットのフレーム５（フレーム番号“０”〜“７”）からタイムスロット６を割り当てるフレーム５を選択する場合を仮定する。

この場合、タイムスロット６を割り当てるフレーム５として、１セットのフレーム５からフレーム番号“０”，“２”，“４”，“６”のフレーム５を選択することができる。また、１セットのフレーム５からフレーム番号“１”，“３”，“５”，“７”のフレーム５を選択することもできる。

換言すれば、フレーム番号“０”，“２”，“４”，“６”を、選択パターン（第１の選択パターンとする）として選択し得る。また、フレーム番号“１”，“３”，“５”，“７”を、選択パターン（第２の選択パターンとする）として選択し得る。実施形態では、選択パターンにおいて選択されるフレーム５を１つのグループに設定し、グループ中の先頭のフレーム５（オフセット）を、各階層で管理する。

通信周期２^１ＳＦ（ｌ＝１）の場合、フレーム番号“０”，“２”，“４”，“６”の第１の選択パターンと、フレーム番号“１”，“３”，“５”，“７”の第２の選択パターンとを規定できる。そして、各選択パターンの先頭であるフレーム番号“０”及び“１”のフレーム５（「フレームＦ２１」、「フレームＦ２２」と称する）が、通信周期２^１ＳＦ（ｌ＝１）の階層に設定される。各選択パターンの先頭のフレーム番号は、「オフセット」と呼ばれる。

なお、通信周期２^１ＳＦ（ｌ＝１）に関しては、例えば、フレーム番号“２”，“４”，“６”やフレーム番号“３”，“５”，“７”なども、選択パターンとして採り得る。但し、実施形態では、１セットにおいて可能な限り多くのフレーム５を割り当てる（フレ
ームを前詰めで選択する）、というルールに従って、選択パターンが選択される。

その結果、第１及び第２の選択パターンが選択され、これらに対応するグループが設定されている。そして、各グループのオフセットとして、フレーム番号“０”及び“１”のフレーム５が通信周期２^１ＳＦ（ｌ＝１）に対応する階層で管理されている。もっとも、第１及び第２の選択パターン以外の選択パターンのグループを対応する階層で管理する場合もあり得る。

通信周期２^０ＳＦ（ｌ＝０）の階層では、１フレーム毎にタイムスロット６の割り当てが行われる。このため、可能な限り多くのフレームを割り当てるというルール下で、フレーム番号“０”〜“７”を選択する選択パターンが選択され、この選択パターンで選択されるフレーム５がグループ化される。そして、グループ内で先頭（オフセット）のフレーム番号“０”のフレーム５（「フレームＦ１１」と称する）が、通信周期２^０ＳＦ（ｌ＝０）の階層に設定される。

通信周期２＾２ＳＦ（ｌ＝２）の階層では、４フレーム毎にタイムスロット６の割り当てが行われる。このため、上記ルール下では、フレーム番号“０”及び“４”，フレーム番号“１”及び“５”，フレーム番号“２”及び“６”、並びにフレーム番号“３”及び“７”の４つの選択パターンが存在し、各選択パターンに対応するグループが形成される。そして、各グループ内で先頭（オフセット）のフレーム番号“０”，“１”，“２”，“３”のフレーム５が通信周期２＾２ＳＦ（ｌ＝２）の階層に設定される。フレーム番号“０”，“１”，“２”，“３”のフレーム５は、フレームＦ３１，フレームＦ３２，フレームＦ３３，フレームＦ３４と称する。

通信周期２＾３ＳＦ（ｌ＝３）の階層では、８フレーム毎にタイムスロット６の割り当てが行われる。このため、１セットから選択されるフレーム５の数は１であり、フレーム番号“０”〜“７”のそれぞれが、１つのグループを形成し、且つ選択パターンの先頭（オフセット）に該当する。このため、通信周期２^３ＳＦ（ｌ＝３）の階層（最下層）には、フレーム番号“０”〜“７”のフレーム５（「フレームＦ４１〜Ｆ４８」と称する）が設定される。

さらに、或る階層に設定された各グループのフレーム５と同じグループに属するフレーム５が或る階層以外の階層に存在する場合には、フレーム５間がリンク付け（紐づけ）される。或る階層以外の階層は、或る階層に隣接する階層（直下又は直上の階層：隣接層）と、隣接層に隣接する階層とを含む。

例えば、通信周期２＾１ＳＦの階層を或る階層と仮定すると、通信周期２＾０ＳＦの階層及び通信周期２＾２ＳＦの階層が、隣接層に該当する。各隣接層には、或る階層（通信周期２＾１ＳＦの階層）に設定されたフレーム番号“０”（フレームＦ２１）が属するグループに属するフレームとして、フレーム番号“０”のフレーム５（フレームＦ１１，フレームＦ３１）が設定されている。よって、フレームＦ１１とフレームＦ２１，フレームＦ２１とフレームＦ３１とがリンク付け（関連づけ）される。同様の理由で、通信周期２＾２ＳＦの階層のフレームＦ３１と、通信周期２＾３ＳＦの階層のフレームＦ４１とがリンク付けされる。フレームＦ１１，フレームＦ３１及びＦ３２，フレームＦ４１〜Ｆ４４は、フレームＦ２１の関連フレームの一例である。

また、通信周期２＾１ＳＦの階層を或る階層として着目すると、或る階層以外の階層である通信周期２＾２ＳＦの階層におけるフレーム番号“２”（フレームＦ３２）は、フレームＦ２１と同じグループに属する。このため、フレームＦ２１とフレームＦ３２とがリンク付けされる。以上のルールに従い、フレーム番号“１”（フレームＦ２２）は、フレ
ームＦ１１，フレームＦ３３，フレームＦ３４とリンク付けされる。このようなリンク付けが、各階層の各フレーム５について行われる。

例えば、通信周期２＾２ＳＦにおけるフレーム番号“０”（フレームＦ３１）は、同じグループ（選択パターン）に属する、通信周期２^３ＳＦのフレーム番号“０”（フレームＦ４１），及びフレーム番号“４”（フレームＦ４２）とリンク付けされる。また、フレームＦ３１は、フレームＦ２１とリンク付けされる。

また、通信周期２＾２ＳＦにおけるフレーム番号“２”（フレームＦ３２）は、同じグループに属する、通信周期２＾３ＳＦにおけるフレーム番号“２”（フレームＦ４３）及びフレーム番号“６”（フレームＦ４４）とリンク付けされる。また、フレームＦ３２は、フレームＦ２１とリンク付けされる。

また、同様にして、フレームＦ３３は、フレームＦ２２，フレームＦ４５及びフレームＦ４６とリンク付けされる。さらに、フレームＦ３４は、フレームＦ２２，フレームＦ４７及びフレームＦ４８とリンク付けされる。階層構造は、階層が下位となるにつれてノード（フレーム）の数が増えるピラミッド型となる。

基地局１は、上記した階層構造の情報をメモリなどの記憶装置に記憶する。基地局１は、端末２からの接続要求に応じて、階層構造の情報を参照し、効率的なタイムスロット６の割り当てがなされる（可能な限り多くのタイムスロット６が端末２に割り当てられる）ように、端末２に割り当てるフレーム５及びタイムスロット６を決定する。

図３〜図１５は、実施形態に係る階層構造を用いたタイムスロットの割り当て方法の説明図である。図３において、端末２（例えば端末（１））が、通信周期が「２ＳＦ」で且つ帯域が「３スロット」である接続要求を送信し、基地局１が接続要求を受信したと仮定する。

基地局１は、「帯域検索」の処理を行う。このとき、階層構造において、「使用済み」との設定がなされていない（空きスロット）を、要求元の端末２に割り当てるために使用することができる。

また、基地局１は、「帯域割当」の処理を行う。当該処理は、帯域検索によって検索された空きスロットのうち、「使用済み」として登録されるスロット数が少ないスロットを要求元の端末２に割り当てるために行われる。

具体的に説明する。基地局１は、階層構造の情報を記憶装置から読み出す。この時点では、階層構造（１セットのフレーム５）をなす全てのフレーム５のタイムスロット６が未割り当てであると仮定する。

端末２からの要求が「２ＳＦ」、すなわち、通信周期２＾１ＳＦ（ｌ＝１）であるので、階層構造中の対応する階層のフレーム５（フレームＦ２１及びＦ２２）が参照される。この時点では、フレームＦ２１及びフレームＦ２２の各タイムスロット６は空き状態である。

図４に示すように、基地局１は、例えば、前詰めで選択パターンを選択するというルールに則り、第１の選択パターン（フレーム番号“０”，“２”，“４”，“６”の各フレーム５）を選択した場合を仮定する。さらに、第１の選択パターンにおける各フレーム５の先頭から３つの空きスロットを端末２に割り当てることを決定した場合を仮定する。

この場合、基地局１は、対応する階層のフレーム番号“０”（フレームＦ２１）における１〜３番目のタイムスロット６を「使用済み」状態に設定・登録する（図５参照）。なお、フレーム番号“０”（フレームＦ２１）の代わりにフレーム番号“１”（フレームＦ２２）をオフセットとする選択パターンが選択されても良い。

基地局１は、「帯域登録」の処理を行う。図６に示すように、基地局１は、フレームＦ２１とリンク付けされている隣接層のフレーム５をＯＲ条件に基づき「使用済み」として登録する。すなわち、基地局１は、フレームＦ２１と同じグループに属する隣接層のフレームＦ１１，フレームＦ３１，フレームＦ３２に関して、フレームＦ２１と同じタイムスロット６を「使用済み」として登録する。フレームＦ２１と同じグループに属し、且つフレームＦ２１とリンク付けされた隣接層のフレーム５とリンク付けされたフレーム５にタイムスロット６についても、「使用済み」状態の登録が行われる。

図６の例では、フレームＦ３１とリンク付けされたフレームＦ４１及びフレームＦ４２と、フレームＦ３２とリンク付けされたフレームＦ４３及びフレームＦ４４とに関して、フレームＦ２１と同様の処理が行われる。すなわち、１〜３番目のタイムスロット６の「使用済み」状態が登録される。

図７に示すように、或る端末２（例えば、端末（２））から、通信周期が４ＳＦで帯域が１スロットの接続要求を基地局１が受信したと仮定する。この場合、要求された通信周期２＾２ＳＦに対応する階層の選択パターンとして、フレームＦ３１〜Ｆ３４をそれぞれオフセットとする複数の選択パターンのいずれかを選択することができる（図７の破線の楕円で囲んだ領域を参照）。

このとき、図８に示すように、割り当てによって「使用済み」状態が設定されるタイムスロット６の数が少なくなるように、選択パターン（グループ）が決定（選択）される。例えば、フレームＦ３２の４番目のタイムスロット６の割り当てが仮定される場合におけるフレームＦ３２の関連フレームは、フレームＦ１１，フレームＦ２１，フレームＦ４３，フレームＦ４４である。そして、「使用済み」状態として登録されるタイムスロットの数は、図８中の丸数字で示すように５つ（関連フレームに関しては４つ）である。

これに対し、フレームＦ３３における１番目のタイムスロット６の割り当てが仮定される場合におけるフレームＦ３３の関連フレームは、フレームＦ１１，フレームＦ２２，フレームＦ４５，フレームＦ４６である。しかし、フレームＦ１１の一番目のタイムスロットは既に使用済みであるので、今回「使用済み」状態として登録されるタイムスロットの数は４つ（関連フレームについては３つ）である（フレームＦ２２，Ｆ３３，Ｆ４５，Ｆ４６中の数字参照）。

この場合、図９に示すように、基地局１は、フレーム番号“２”（フレームＦ３２）よりも、使用済みとして登録される関連フレームのタイムスロット数が少ないフレーム番号“１”（フレームＦ３３）を選択することを決定する。これによって、「使用済み」状態として登録されるタイムスロット６の数を減らすことができ、基地局１に接続される端末２の数を増やす余地を残すことができる。

このように、実施形態は、以下の動作を行う。すなわち、要求に応じて前記複数の通信周期の一つで所定数のタイムスロットを通信装置に割り当てる場合に前記階層構造を参照する。また、前記要求された通信周期に対応する階層で管理されているグループに関して、前記所定数のタイムスロットの割り当てによって使用状況が使用済みに変更される前記関連フレームを特定する。さらに、前記使用状況が使用済みに変更される前記関連フレームのタイムスロットの数が少ないグループに属するフレームを前記通信装置に割り当てる
ことを決定する。

図１０に示すように、フレームＦ３３とリンク付けされているフレームＦ２２，フレームＦ４５，フレームＦ４６に関して、フレームＦ３３と同じタイムスロット６（１番目のタイムスロット６）の「使用済み」状態が登録される。なお、フレームＦ１１における１番目のタイムスロット６は既に「使用済み」状態であるため、特に処理は行われない。

図１１に示すように、さらに、端末２（端末（３））から、通信周期が８ＳＦで且つ帯域が２スロットの接続要求が基地局１に到着した場合を仮定する。この場合、最下層の階層が参照され、フレームＦ４５，フレームＦ４６，フレームＦ４７，フレームＦ４８が要求に係る２スロットを割り当て可能なフレーム５として抽出される。

図１２に示すように、フレームＦ４５が選択される場合には、６つのタイムスロット６が「使用済み」状態として登録される（図１２の丸数字１〜６を参照）する。これに対し、フレームＦ４７が選択される場合には、５つのタイムスロット６が「使用済み」状態として登録される（フレームＦ２２，Ｆ３４，Ｆ４７中の数字を参照）。よって、フレームＦ４７（フレーム番号“３”）における１番目及び２番目のタイムスロット６の割り当てが決定される（図１３参照）。

図１４に示すように、基地局１は、フレームＦ４７とリンク付けされた隣接層のフレームＦ３４の１番目及び２番目のタイムスロット６と、フレームＦ３４とリンク付けされた隣接層のフレームＦ２２の２番目のタイムスロット６とを「使用済み」状態に設定する。このとき、フレームＦ２２の１番目のタイムスロット６は、既に「使用済み」状態であるので、このタイムスロット６に対する処理は行われない。

以上のようにして、端末（１），端末（２），端末（３）に対して帯域（周期的なタイムスロット６の割り当て）を行った結果を図１５に示す。

図１６は、実施形態との比較例の説明図である。比較例では、基地局が各端末にタイムスロットを割り当てる点で実施形態と同じである。比較例では、端末からの要求に応じて帯域（タイムスロット）が前詰めで実施される。

図１７は、実施形態と比較例との比較に係るシミュレーション結果を示す。図１７には、端末からの要求通りの割り当てが不可となるまでにおける割り当て可能な端末数（収容可能端末数）をシミュレーションした結果を示す。

シミュレーションに用いたパラメータは、以下である。
・基地局は、１つのＳＦについて最大４つのタイムスロットを割り当て可能である。
・端末の要求する帯域は１つのタイムスロットである。
・端末の要求する通信周期は、通信周期の候補（複数の通信周期）からランダムに選択される。

シミュレーション結果のＸ軸として、通信周期が１ＳＦの場合と、通信周期が１ＳＦ又は２ＳＦである場合と、通信周期が１ＳＦ又は４ＳＦである場合と、通信周期が１ＳＦ又は８ＳＦである場合とを示す。シミュレーション結果において、左側の棒グラフが比較例を示し右側の棒グラフが実施形態を示す。

シミュレーション結果より、通信周期候補が複数種類ある場合において、実施形態が収容可能端末数を増加させる効果があることが分かる。特に、通信周期候補の間で値が乖離している（ＳＦ数の差が大きい）場合に効果が大きくなることが認められた。図１７の例
では、通信周期が１ＳＦ又は８ＳＦである場合の効果が最大であり、３９．９％の収容可能端末数の増加が認められた。

図１８は、基地局１として使用可能な無線通信装置（コンピュータ）のハードウェア構成例を示す図である。図１８において、無線通信装置１０は、アンテナ１１と、アンテナ１１に接続されたＲＦＩＣ（Radio Frequency Integrated Circuit）１２と、ＲＦＩＣ１２と接続されたベースバンドＬＳＩ（Large Scale Integrated circuit）１３とを含む。さらに、無線通信装置１０は、ベースバンドＬＳＩ１３と接続されたＣＰＵ（Central Processing Unit）１４と、ＣＰＵ１４にそれぞれ接続されたＲＯＭ（Read Only Memory）
１５及びＲＡＭ（Random Access Memory）１６を含む。

アンテナ１１は、無線信号（電波）の送受信を行う。ＲＦＩＣ１２は、ベースバンド信号と高周波信号（無線信号）との間の変換を行う回路である。ベースバンドＬＳＩ１３は、変復調処理によってベースバンド信号とディジタル信号（データ）との間の変換を行う。

ＲＯＭ１５は、ＣＰＵ１４によって実行されるコンピュータプログラム及びプログラムの実行に際して使用されるデータを記憶している。ＲＡＭ１６は、ＣＰＵ１４の作業領域，プログラムやデータの記憶領域，通信データのバッファ領域などとして使用される。

ＣＰＵ１４は、ＲＯＭ１５に記憶されたプログラムをＲＡＭ１６にロードして実行することによって、無線通信装置１０を基地局１として動作させる。このとき、図３〜図１５を用いて説明したような、端末２からの要求に応じた帯域（タイムスロット）の割り当て処理及び割り当て状況の管理（帯域検索、帯域割当、帯域登録の各処理）を行う。

なお、ＣＰＵ１４は、「制御装置」，「コントローラ」，「プロセッサ」の一例である。ＲＡＭ１６及びＲＯＭ１５は、「記憶装置」，「メモリ」，「記憶媒体」の一例である。記憶装置として無線通信装置１０は、例えば、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ），Solid State Drive（ＳＳＤ），フラッシュメモリ，Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory（ＥＥＰＲＯＭ）などの補助記憶装置を含んでいても良い。

ＣＰＵ１４は、ＤＳＰなどの他のプロセッサであっても良い。ＣＰＵ１４によって実行される処理は、複数のＣＰＵ、或いはマルチコア構成のＣＰＵによって行われても良い。また、ＣＰＵ１４によって実行される処理は、電気・電子回路、集積回路を用いたハードウェアロジックによってなされても良い。集積回路は、Field Programmable Gate Array
（ＦＰＧＡ）などのプログラマブルロジックデバイス（ＰＬＤ）や、Application Specific Integrated Circuit（ＡＳＩＣ）を含む。また、ＣＰＵ１４によって実行される処理
は、ＣＰＵおよび周辺回路を含むチップでなされても良い。このようなチップは、システムＬＳＩ，ＳｏＣ（System-on-a-Chip），ＭＰＵ（Micro Controller Unit）などと呼ば
れる。

なお、端末２も、図１８に示したハードウェア構成を有することができ、ＣＰＵ１４の実行によってＣＰＵ１４が上記した接続要求を生成し、ベースバンドＬＳＩ１３，ＲＦＩＣ１２及びアンテナ１１を介して基地局１へ接続要求を送信することができる。

図１９は、基地局１として動作する無線通信装置１０が有する機能を模式的に示す。無線通信装置１０は、アンテナ１１と、ＲＦ部１２ａと、変調部１３ａと、復調部１３ｂと、受信データ処理部１４ａと、アプリケーション層処理部１４ｂと、ＭＡＣ（Media Access Control）処理部１４ｃと、送信データ生成部１４ｄとを含む装置として動作する。無線通信装置１０は、さらに、帯域検索・割当判定部１７と、帯域管理部１８とを備えた装
置として動作する。帯域検索・割当判定部１７は「割当部」の一例であり、帯域管理部１８は「管理部」の一例である。

ＲＦ部１２ａは、図１８に示したＲＦＩＣ１２の機能である。復調部１３ｂ及び変調部１３ａは、ベースバンドＬＳＩ１３が有する機能である。受信データ処理部１４ａ，アプリケーション層処理部１４ｂ，ＭＡＣ処理部１４ｃ，送信データ生成部１４ｄ，帯域検索・割当判定部１７は、ＣＰＵ１４によるプログラム実行によって発揮される機能である。帯域管理部１８は、例えばＲＡＭ１６上に形成される。

ＲＦ部１２ａは、ベースバンド信号と無線信号との変換を行う。アンテナ１１は、無線信号の送受信を行う。復調部１３ｂは、ＲＦ部１２ａからのベースバンド信号を復調してディジタル信号（データ）を得る。受信データ処理部１４ａは、復調によって得られたデータ（受信データ）に対し、プログラムに従った処理を行う。例えば、受信データ処理部１４ａは、受信データが端末２からの接続要求か否かを判定し、接続要求である場合に、この接続要求を帯域検索・割当判定部１７に渡す。

アプリケーション層処理部１４ｂは、アプリケーション層に係る処理を行う。ＭＡＣ処理部１４ｃは、ＭＡＣ層の処理を行う。送信データ生成部は、ＭＡＣ処理部１４ｃを経たデータを用いた送信データ（ディジタル信号）の生成を行う。変調部１３ａは、ディジタル信号を変調して得たベースバンド信号をＲＦ部１２ａに供給する。

図２０は、帯域管理部１８が管理する階層構造の構成例を示す。帯域管理部１８は、上述した階層構造をなすフレーム５のそれぞれにおけるタイムスロットの使用状況（割当状況）を示す複数の記憶領域１９をＲＡＭ１６上に形成する。各記憶領域１９は、フレーム５を形成する各タイムスロット６に対応するフラグ領域２０を有する。

例えば、図２０に示すように、階層構造が１〜１５の丸数字で示す１５個のフレーム５で形成される場合、帯域管理部１８は、１５個のフレームに対応する記憶領域１９を形成する。帯域管理部１８は、記憶領域１９の各フラグ領域２０に、タイムスロットの未使用／使用済み（未割り当て／割当済）に応じた２値（例えば未使用：０、使用済み：１）を設定する。

図２１は、帯域検索・割当判定部１７の処理例を示すフローチャートである。図２１に示す処理は、ＣＰＵ１４によって実行される。００１の処理において、ＣＰＵ１４は、端末２からの帯域要求（接続要求）が到着するまで待機する。

００２の処理において、接続要求を受信したＣＰＵ１４は、帯域管理部１８を参照して、割当可能な帯域（タイムスロット）があるか否かを判定する（帯域検索）。このとき、帯域がなければ、リジェクト（拒絶）が要求元の端末２に通知される（００３）。

これに対し、割当可能な帯域がある場合には、ＣＰＵ１４は、帯域割当の処理を行う。帯域割当の処理では、割当可能な帯域の各候補（選択パターン（グループ））毎に以下の処理が行われる。

１０１の処理において、「使用済み」としてフラグ領域２０に登録するスロット数＝ｎを算出する。１０１の処理は、図８を用いて説明したような、登録スロット数を計数する処理である。

１０２では、１０１の処理で得られたスロット数ｎが「最小登録スロット数」以下か否かを判定する。すなわち、１０１から１０３の処理が行われる毎に、暫定の「最小登録ス
ロット数」が保持され、１０１の処理でスロット数ｎが算出された場合に、１０２にて暫定の「最小登録スロット数」との比較が行われる。比較の結果、スロット数ｎが暫定値以下であれば、ＣＰＵ１４は、１０３の処理において、「最小登録スロット数」の更新、及び要求に合致するタイムスロットを「割り当てる帯域」に登録する処理が行われる（図９参照）。スロット数ｎが暫定値より大きい場合には、当該候補に対する割り当ては行われない。

００５の処理では、ＣＰＵ１４は、割り当てる帯域（選択されたフレーム）と紐づけされた（リンク付けされた）フレームとを、ＯＲ条件で「使用済み」として登録する（図１０参照）。すなわち、ＣＰＵ１４は、対応するフラグ領域２０に“１”を設定する。

以上のように、実施形態によれば、帯域（タイムスロット）を効率的に端末２に割り当てて、収容可能な端末数の増加を図ることができる。

なお、実施形態では、無線通信装置としての基地局１がタイムスロットの割当を管理する例について説明したが、基地局１以外の装置が実施形態で説明した端末２（通信装置）の割当を行っても良い。また、実施形態では、基地局１と端末２とが無線通信を行う場合のタイムスロット割当について説明したが、有線の通信装置間でＴＤＭＡが実施される場合に、実施形態の構成が適用されても良い。また、割当管理装置は、割当管理を行い、基地局１や端末２のような通信の主体から独立した装置であっても良い。以上説明した実施形態の構成は、適宜組み合わせることができる。

１・・・無線基地局
２・・・無線端末
１０・・・無線通信装置
１４・・・ＣＰＵ
１５・・・ＲＯＭ
１６・・・ＲＡＭ

Claims

時間が所定長のフレームで区切られ、各フレームが所定長の複数のタイムスロットに分割され、複数の通信周期のいずれかに対応するフレーム中のタイムスロットを通信装置の通信用に割り当てる割当管理装置であって、
複数のフレームを以下の階層構造で管理する管理部と、
（i）整数ｋの累乗である複数の通信周期に対応する階層を有する、
（ii）各階層において、階層に対応する通信周期に従って前記複数のフレームから選択し得る１以上のフレームがグループ化され、各グループ中の一のフレームが管理され、前記一のフレーム中のタイムスロットの使用状況が管理される、
（iii）或る階層において管理されているフレームが、前記或る階層以外の階層でも
管理されている場合、及び前記或る階層において管理されているフレームに属するグループに属するフレームが前記或る階層以外の階層にて管理されている場合に、前記或る階層以外の階層で管理されているフレームが関連フレームとして前記或る階層のフレームと関連づけられている、
要求に応じて前記複数の通信周期の一つで所定数のタイムスロットを通信装置に割り当てる場合に前記階層構造を参照し、前記要求された通信周期に対応する階層で管理されているグループに関して、前記所定数のタイムスロットの割り当てによって使用状況が使用済みに変更される前記関連フレームを特定し、前記使用状況が使用済みに変更される前記関連フレームのタイムスロットの数が少ないグループに属するフレームを前記通信装置に割り当てることを決定する割当部と
を含む割当管理装置。
前記管理部は、前記通信装置への割り当てが決定されたグループ中の一のフレームのタイムスロットの空き状態、及び前記グループ中の一のフレームのタイムスロットに対応し、且つ空き状態である前記関連フレームの中のタイムスロットの使用状況を使用済みに設定する
請求項１に記載の割当管理装置。
時間が所定長のフレームで区切られ、各フレームが所定長の複数のタイムスロットに分割され、複数の通信周期のいずれかに対応するフレーム中のタイムスロットを通信装置の通信用に割り当てる割当管理方法であって、
割当管理装置が、
複数のフレームを以下の階層構造で管理し、
（i）整数ｋの累乗である複数の通信周期に対応する階層を有する、
（ii）各階層において、階層に対応する通信周期に従って前記複数のフレームから選択し得る１以上のフレームがグループ化され、各グループ中の一のフレームが管理され、前記一のフレーム中のタイムスロットの使用状況が管理される、
（iii）或る階層において管理されているフレームが、前記或る階層以外の階層でも
管理されている場合、及び前記或る階層において管理されているフレームに属するグループに属するフレームが前記或る階層以外の階層にて管理されている場合に、前記或る階層以外の階層で管理されているフレームが関連フレームとして前記或る階層のフレームと関連づけられている、
要求に応じて前記複数の通信周期の一つで所定数のタイムスロットを通信装置に割り当てる場合に前記階層構造を参照し、前記要求された通信周期に対応する階層で管理されているグループに関して、前記所定数のタイムスロットの割り当てによって使用状況が使用済みに変更される前記関連フレームを特定し、前記使用状況が使用済みに変更される前記関連フレームのタイムスロットの数が少ないグループに属するフレームを前記通信装置に割り当てることを決定する
ことを含む割当管理方法。
時間が所定長のフレームで区切られ、各フレームが所定長の複数のタイムスロットに分割され、複数の通信周期のいずれかに対応するフレーム中のタイムスロットを通信装置の通信用に割り当てる割当管理装置として動作するコンピュータが、
複数のフレームを以下の階層構造で管理する処理と、
（i）整数ｋの累乗である複数の通信周期に対応する階層を有する、
（ii）各階層において、階層に対応する通信周期に従って前記複数のフレームから選択し得る１以上のフレームがグループ化され、各グループ中の一のフレームが管理され、前記一のフレーム中のタイムスロットの使用状況が管理される、
（iii）或る階層において管理されているフレームが、前記或る階層以外の階層でも
管理されている場合、及び前記或る階層において管理されているフレームに属するグループに属するフレームが前記或る階層以外の階層にて管理されている場合に、前記或る階層以外の階層で管理されているフレームが関連フレームとして前記或る階層のフレームと関連づけられている、
要求に応じて前記複数の通信周期の一つで所定数のタイムスロットを通信装置に割り当てる場合に前記階層構造を参照し、前記要求された通信周期に対応する階層で管理されているグループに関して、前記所定数のタイムスロットの割り当てによって使用状況が使用済みに変更される前記関連フレームを特定し、前記使用状況が使用済みに変更される前記関連フレームのタイムスロットの数が少ないグループに属するフレームを前記通信装置に割り当てることを決定する処理と
を実行するプログラム。